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2022届高考物理一轮复习知识点全方位练习：原子和原子核
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1.在卢瑟福α粒子散射实验中,金箔中的原子核可以看作静止,如图所示的各图画出的是其中两个α粒子经历金箔散射过程的径迹,其中正确的是 (　　)
2. 下列关于原子核的叙述中正确的是 (　　)
A.居里夫人通过α粒子轰击铝原子核,首次发现了中子
B.核反应堆中的“慢化剂”是为了减慢反应速度,防止反应过于剧烈
C.轻核聚变过程中,会有质量亏损,要释放能量
D.原子核的质量越大,比结合能就越小
3. 下列说法正确的是 (　　)
A.γ射线是高速运动的电子流
B.氢原子辐射光子后,绕核运动的电子动能增大
C.天然放射现象的发现揭示了原子可再分
D.　83210Bi的半衰期是5天,100 g83210Bi经过10天会全部发生衰变
4.为了做好疫情防控工作,小区物业利用红外测温仪对出入人员进行体温检测.红外测温仪的原理是:被测物体辐射的光线只有红外线可被捕捉,并转变成电
信号.图为氢原子能级示意图,已知红外线单个光子能量的最大值为1.62 eV.要使氢原子辐射出的光子可被红外测温仪捕捉,最少应给处于n=2激发态的氢原子提供的能量为 (　　)
A.10.20 eV
B.2.89 eV
C.2.55 eV
D.1.89 eV
5. 下列说法中正确的是 (　　)
A.原子核发生一次β衰变,该原子外层就一定失去一个电子
B.核泄漏事故污染物55137Cs能够产生对人体有害的辐射,其核反应方程为55137Cs→56137Ba+x,可以判断x为质子
C.氢原子的能级图如图所示,若氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应,则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光有可能使该金属发生光电效应
D.质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3,质子和中子结合成一个α粒子,释放的能量是(2m1+2m2-m3)c2
6. 法国物理学家贝可勒尔发现了铀和含铀的矿物质发出看不见的射线,开始了对原子核的研究.一静止的?92238U核经α衰变成为?90234Th核,释放出的总动能为Ek,则衰变后?90234Th核的动能为 (　　)
A.2119Ek B.1192Ek
C.2117Ek D.1172Ek
7. 2019年4月1日,在中国核能可持续发展论坛上,生态环境部介绍2019年会有核电项目陆续开工建设.某核电站获得核能的核反应方程为?92235U+01n→56144Ba+3689Kr+x01n,已知铀核的质量为m1,钡核的质量为m2,氪核的质量为m3,中子的质量为m4,下列说法中正确的是 (　　)
A.该核电站通过核聚变获得核能
B.铀核的质子数为143
C.在上述核反应中x=2
D.一个铀核发生上述核反应,释放的能量为(m1-m2-m3-2m4)c2
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8. 氢原子的能级图如图所示.有一群处于n=4能级的氢原子,若氢原子从n=4能级向n=2能级跃迁时所辐射出的光恰能使某种金属A发生光电效应,则下列说法中正确的是 (　　)
A.这群氢原子辐射出的光中共有3种频率的光能使金属A发生光电效应
B.如果辐射进来能量为0.32 eV的光子,可以使氢原子从n=4能级向n=5能级跃迁
C.如果辐射进来能量为1.32 eV的光子,不可以使处于n=4能级的氢原子发生电离
D.用氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁时辐射出的光照射金属A,所产生的光电子的最大初动能为10.2 eV
9.(多选) μ子与氢原子核(质子)构成的原子称为μ氢原子,它在原子核物理的研究中有重要作用,如图所示为μ氢原子的能级示意图.假定光子能量为E的一束光照射容器中大量处于n=2能级的μ氢原子,μ氢原子吸收光子后,发出频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4、ν5和ν6的光,且频率依次增大,若普朗克常量为h,则 (　　)
A.E=h(ν1+ν2) B.E=h(ν1-ν4+ν5)
C.E=h(ν2+ν4) D.E=h(ν6-ν3)
10.(多选) 下列关于原子结构和原子核的说法中正确的是 (　　)
A.卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型
B.天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒,其放射线在磁场中不偏转的是γ射线
C.据图可知,原子核A裂变成原子核B和C要放出核能
D.据图可知,原子核D和E聚变成原子核F要吸收能量
11.某静止的原子核发生核反应且放出能量Q,其方程为?ABX→CDY+EFZ,假设释放的能量全都转化为新核Y和Z的动能,其中Z的速度为v,以下结论正确的是 (　　)
A.Y原子核的速度大小为ECv
B.Y原子核的动能与Z原子核的动能之比为D∶F
C.Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量大
D.Y和Z的结合能之和一定大于X的结合能
12. 如图所示为静止的原子核在匀强磁场中发生衰变后做匀速圆周运动的轨迹,衰变后两带电粒子a、b的半径之比为45∶1,两带电粒子a、b的动能之比为117∶2.下列说法正确的是 (　　)
A.此衰变为β衰变
B.大圆为β粒子的运动轨迹
C.小圆为α粒子的运动轨迹
D.两带电粒子a、b的周期之比为10∶13
13.(多选)现有两动能均为E0=0.35 MeV的?12H在一条直线上相向运动,两个?12H发生对撞后能发生核反应,得到?23He和新粒子,且在核反应过程中释放的能量完全转化为?23He和新粒子的动能.已知?12H的质量为2.014 1 u,23He的质量为3.016 0 u,新粒子的质量为1.008 7 u,核反应时质量亏损1 u释放的核能约为931 MeV.下列说法正确的是(如果涉及计算,结果保留整数) (　　)
A.核反应方程为?12H+12H→23He+11H
B.核反应前后不满足能量守恒定律
C.新粒子的动能约为3 MeV
D.　?23He的动能约为1 MeV
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14. 重元素的放射性衰变共有四个系列,分别是U238系列(从?92238U开始到稳定的?82208Pb为止)、Th232系列、U235系列及Np237系列(从?93237Np开始到稳定的?83209Bi为止),其中,前三个系列都已在自然界找到,而第四个系列在自然界一直没有被发现,只是在人工制造出Np237后才发现的.下列说法正确的是 (　　)
A.　?92238U的中子数比?83209Bi的中子数少20个
B.从?93237Np到?83209Bi,共发生7次α衰变和4次β衰变
C.Np237系列中所有放射性元素的半衰期随温度的变化而变化
D.　?92238U与?92235U是不同的元素
15.用速度大小为v的中子轰击静止的锂核(36Li),发生核反应后生成氚核和α粒子.生成的氚核速度方向与中子的速度方向相反,氚核与α粒子的速度大小之比为7∶8,已知中子的质量为m,质子的质量可近似看作m,光速为c.
(1)写出核反应方程;
(2)求氚核和α粒子的速度大小;
(3)若核反应过程中放出的核能全部转化为α粒子和氚核的动能,求质量亏损.
参考答案
1.C　【解析】 金箔中的原子核与α粒子都带正电,α粒子接近原子核过程中受到斥力而不是引力作用,A、D错误;由原子核对α粒子的斥力作用及物体做曲线运动的条件知,α粒子受力的方向应指向曲线轨迹的凹侧,且入射方向越对准金核,偏转角度越大,B错误,C正确.
2.C　【解析】 查德威克在α粒子轰击铍核实验中发现了中子,故A错误;核反应堆中的“慢化剂”是为了减慢中子速度,故B错误;轻核聚变过程中,会有质量亏损,由爱因斯坦质能方程可知,要释放能量,故C正确;比结合能为结合能与核子数的比值,原子核的质量大,其比结合能不一定小,故D错误.
3.B　【解析】 γ射线是高频的电磁波,β射线是高速运动的电子流,故A错误;氢原子辐射光子后,电子绕核运动的轨道半径减小,由ke2r2=mv2r,可知电子动能增大,故B正确;天然放射现象的发现揭示了原子核有复杂的结构,故C错误;设原来83210Bi的质量为m0,衰变后剩余质量为m,有m=m012tT=100×12105 g=25 g,即剩余质量为25 g,衰变的质量为75 g,故D错误.
4.C　【解析】 由题中提供信息,红外线单个光子的能量最大值为1.62 eV,所以氢原子跃迁辐射出的光子能量需小于或等于1.62 eV,才能被红外测温仪捕捉.根据氢原子能级图可知,氢原子由能级4向能级3跃迁时辐射出的光子满足这一要求,所以给处于能级2的氢原子提供的能量至少需要使其跃迁到能级4,即ΔE=E4-E2=2.55 eV,C项正确.
5.D　【解析】 原子核发生一次β衰变,该原子核内中子变成质子,放出一个电子,选项A错误;根据核反应的质量数守恒和电荷数守恒可知,x的质量数为零,电荷数为-1,则x是电子,选项B错误;根据玻尔理论可知,氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁时辐射出的光的能量为hν=E2-E1=-3.4 eV-(-13.6 eV)=10.2 eV,氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光的能量为hν'=E6-E2=-0.38 eV-(-3.4 eV)=3.02 eV,结合光电效应发生的条件可知,若氢原子从n=2能级向n=1能级跃迁时辐射出的光不能使某金属发生光电效应,则氢原子从n=6能级向n=2能级跃迁时辐射出的光也不能使该金属发生光电效应,故C错误;质子、中子、α粒子的质量分别是m1、m2、m3,质子和中子结合成一个α粒子的过程中亏损的质量为2m1+2m2-m3,根据爱因斯坦质能方程可知释放的能量是(2m1+2m2-m3)c2,故D正确.
6.A　【解析】 根据动量守恒定律得0=mThvTh+mαvα,又知Ek=EkTh+Ekα=12mThvTh2+12mαvα2,mThmα=4234,联立解得EkTh=2119Ek,故A正确.
7.D　【解析】 该核电站利用核裂变获得核能,故A错误;铀核?92235U的质子数为92,故B错误;根据电荷数守恒、质量数守恒可知,x=3,故C错误;核反应后的中子数是3个,所以中子增加2个,则一个铀核?92235U发生上述核反应,释放的能量为(m1-m2-m3-2m4)c2,故D正确.
8.D　【解析】 氢原子从n=4能级向低能级跃迁时可以辐射出6种频率的光子,其中只有从n=4能级向n=3能级跃迁时所辐射出的光子的能量以及从n=3能级向n=2能级跃迁时所辐射出的光子的能量小于从n=4能级向n=2能级跃迁时所辐射出的光子的能量,不能使金属A发生光电效应,故共有4种频率的光能使金属A发生光电效应,故A错误;因为从n=4能级向n=5能级跃迁时所需要的能量为ΔE=E5-E4=0.31 eV,不等于光子能量0.32 eV,所以不能发生跃迁,故B错误;要使处于n=4能级的氢原子发生电离,需要的能量只要大于0.85 eV就可以,故C错误;由题意可知,金属A的逸出功为2.55 eV, 氢原子从n=4能级向n=1能级跃迁时所辐射出光子的能量为hν=E4-E1=12.75 eV,由爱因斯坦光电效应方程可得最大初动能Ek=hν-W0=10.2 eV,故D正确.
9.AB　【解析】 μ氢原子吸收能量后从n=2能级跃迁到较高的m能级,然后从m能级向较低能级跃迁,从m能级向低能级跃迁时如果直接跃迁到基态,则辐射的能量最大,跃迁到其他较低的激发态时μ氢原子仍不稳定,将继续向基态和更低的激发态跃迁,即1、2、3…m任意两个轨道之间都可以产生一种频率的辐射光,故总共可以产生的光子的种类数为Cm2=mm-12=6,解得m=4,即μ氢原子吸收能量后先从n=2能级跃迁到n=4能级,然后从n=4能级向低能级跃迁,辐射光子的能量按从小到大的顺序排列为4→3、3→2、4→2、2→1、3→1、4→1,所以能量E与hν3相等,也等于hν1+ν2和hν1-ν4+ν5,故A、B正确,C、D错误.
10.ABC　【解析】 卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出了原子的核式结构模型,故A正确;天然放射性元素在衰变过程中电荷数和质量数守恒,其放射线在磁场中不偏转的是γ射线,B正确;裂变和聚变都有质量亏损,根据质能方程可知,都放出能量,C正确,D错误.
11.D　【解析】 由动量守恒定律得0=Dv'-Fv,所以v'=FDv,故A错误;Y原子核与Z原子核的质量之比为D∶F,速度之比为F∶D,因此它们的动能之比为F∶D,故B错误;因为放出能量,有质量亏损,所以Y原子核和Z原子核的质量之和比X原子核的质量小,结合能之和比X的大,故C错误,D正确.
12.D　【解析】 根据动量守恒定律可知,两带电粒子动量相等,由两圆外切可知,此为α衰变,由R=mvBq可知,大圆为α粒子轨迹,A、B、C错误;由R=mvBq,可知RaRb=qbqa=451,根据动量守恒定律以及动量与动能的关系有2maEka=2mbEkb,解得mamb=EkbEka=2117,根据周期公式T=2πmqB,可知TaTb=maqbmbqa=1013,D正确.
13.CD　【解析】 由核反应过程中的质量数守恒和电荷数守恒可知核反应方程为?12H+12H→23He+01n,则新粒子为中子?01n,A错误;核反应过程中有质量亏损,释放能量,仍然满足能量守恒定律,B错误;由题意可知ΔE=(2.014 1 u×2-3.016 0 u-1.008 7 u)×931 MeV/u≈3.3 MeV,根据核反应中系统的能量守恒有EkHe+Ekn=2E0+ΔE,根据核反应中系统的动量守恒有pHe-pn=0,由Ek=p22m,可知EkHeEkn=mnmHe,联立解得EkHe=mnmn+mHe(2E0+ΔE)≈1 MeV,Ekn=mHemn+mHe(2E0+ΔE)≈3 MeV,C、D正确.
14.B　【解析】 ?92238U的中子数为238-92=146个,83209Bi的中子数为209-83=126个,则?92238U的中子数比?83209Bi的中子数多20个,A错误;根据质量数守恒,有237-209=4×7,可知发生了7次α衰变,根据电荷数守恒,有93-83=2×7-4,可知发生了4次β衰变,B正确;放射性物质的半衰期不受外界因素的影响,C错误;92238U与?92235U的质子数相同,中子数不同,它们是相同的元素,D错误.
15.(1)01n+36Li→13H+24He　(2)7v11　8v11　(3)141mv2121c2
【解析】 (1)核反应方程为?01n+36Li→13H+24He
(2)由动量守恒定律得mnv=-mHv1+mHev2
由题意得v1∶v2=7∶8,mn∶mH∶mHe=1∶3∶4
解得v1=7v11,v2=8v11
(3)氚核和α粒子的动能之和为
Ek=12·3mv12+12·4mv22=403242mv2
释放的核能为
ΔE=Ek-Ekn=403242mv2-12mv2=141121mv2
由爱因斯坦质能方程得,质量亏损为
Δm=ΔEc2=141mv2121c2

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